隨著各大處理器處理速度的提高，特別是前幾年Intel和IBM在CPU運(yùn)行速度的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，整個(gè)CPU運(yùn)行速度的發(fā)展基本符合摩爾定律，但是近十年來(lái)，CPU的速度提升就變得十分緩慢了，個(gè)人認(rèn)為最主要的原因有兩點(diǎn)，其一就是工藝，其二就是訪存，數(shù)據(jù)放在存取區(qū)域中，很難快速的load到core中。同樣在各大設(shè)計(jì)應(yīng)用中，存儲(chǔ)器的IO速度問(wèn)題越來(lái)越突出，那么到今天為止，在memory access上的的IO速度是否出現(xiàn)了一些突破呢？

Everspin’s nvNITRO NVMe card

上個(gè)月，Everspin公布了他們最新研發(fā)的基于MRAN而實(shí)現(xiàn)的 nvNITRO NVMe 存儲(chǔ)加速器卡，吸睛之處在于他們給出了這款加速器卡的IO訪存速度為：對(duì)于隨機(jī)混合4KB 70/30的讀寫(xiě)操作它的IO速度可以達(dá)到1.46百萬(wàn)，這個(gè)速度有點(diǎn)委實(shí)有點(diǎn)驚人，可是說(shuō)這個(gè)速度在目前的IOPS界應(yīng)該是最快的了。換句話說(shuō)這個(gè)IOPS速度其實(shí)已經(jīng)超過(guò)Intel 的P4800X Optane SSD卡將近三倍了（Optane在隨機(jī)4KB 70/30 讀寫(xiě)操作時(shí)的IOPS可以達(dá)到500K的速度）。究其緣由，有多個(gè)因素造就了如此高的IOPS速率，首先這款nvNITRO存儲(chǔ)加速器卡采用了Everspin最新的高速1Gb ST-MRAM（Spin Torque Magnetostrictive RAM），DDR4，SDRAM兼容性IO；其次，加速卡內(nèi)部為NVMe 1.1+ 配置了兼容的MRAM專(zhuān)用存儲(chǔ)控制IP塊；關(guān)鍵的是還采用了Xilinx Kintex UltraScale KU060 FPGA芯片為整個(gè)板卡實(shí)現(xiàn)了MRAM控制器到 PCIe Gen3X8的主機(jī)接口，這一點(diǎn)就為IO的高速 access奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)值得關(guān)注的是，Everspin的nvNITRO NVMe卡將會(huì)在2017年的Q4上見(jiàn)到，并且其可用能力將會(huì)達(dá)到1或2GB，值得期待。

圖1：Everspin’s nvNITRO NVMe card

不同于過(guò)去實(shí)現(xiàn)NVMe 卡時(shí)采取的存儲(chǔ)技術(shù)，非易失性MRAM實(shí)現(xiàn)了一些十分有意義的優(yōu)勢(shì)，比如說(shuō)它的非易失，可以省去后備電源的需求。除此之外，ST-MRAM有非常高的持久力，所以nvNITRO卡可以每天沒(méi)有限制的進(jìn)行寫(xiě)操作不會(huì)出error，這就省去在NAND Flash存儲(chǔ)是要通過(guò)耗損平衡算法來(lái)為存儲(chǔ)steal一些cycle的需要，同時(shí)，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)在讀寫(xiě)性能上并未有所降低。

圖：Everspin ST-MRAM 快速寫(xiě)且具有高的 write endurance

從上面的坐標(biāo)系中，隨著Y軸數(shù)據(jù)的增加，觀察X軸上可以看到Everspin的ST-MRAM的寫(xiě)速度相當(dāng)快，幾乎和DRAM速度相同，當(dāng)然了，這一點(diǎn)也確實(shí)是實(shí)現(xiàn)nvNITRO加速器具有相當(dāng)快的讀寫(xiě)速率的原因之一。

另外，關(guān)于Everspin nvNITRO NVMs 存儲(chǔ)加速器的數(shù)據(jù)手冊(cè)中值得指出的一點(diǎn)是“用戶(hù)可以通過(guò)寫(xiě)自己的RTL code到可編程的FPGA芯片來(lái)自定義feature”(原文為：Customer-defined features using own RTL with programmable FPGA)，這就好比說(shuō)用戶(hù)自己可以在nvNITRO 存儲(chǔ)加速器卡系統(tǒng)中的Lintex UltraScale KU060 FPGA芯片中寫(xiě)code來(lái)實(shí)現(xiàn)PCIe接口和ST-MRAM控制器，即在不增加BOM開(kāi)銷(xiāo)的前提下，你可以寫(xiě)自己獨(dú)特的需求code在這個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。這樣一說(shuō)的話，如果身邊有這樣一塊板子的話確實(shí)值得一試。

總結(jié)

在上面的整個(gè)介紹中，主要是突出了nvNITRO這個(gè)加速器卡的訪存速度超級(jí)快，并對(duì)其快的原因進(jìn)行了分析。其實(shí)結(jié)合以前的一些文章，可以發(fā)現(xiàn)并歸納出 一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：使用FPGA其實(shí)是實(shí)現(xiàn)這些性能的一個(gè)前提，比如說(shuō)應(yīng)用FPGA可以靈活的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)接口和控制器；還有一點(diǎn)就是使用FPGA使得整個(gè)系統(tǒng)的靈活性完全不一樣了，更多的為用戶(hù)的自主設(shè)計(jì)流出了空間。相信在以后的更多用到Xilinx 高性能FPGA的設(shè)計(jì)中將會(huì)越來(lái)越注重將FPGA的靈活性發(fā)揮出來(lái)。